Antrieb

Die Achtstufen-tiptronic ist eine klassische Wandlerautomatik, ihre große Stärke liegt im hohen Schalt- und Anfahrkomfort. Der Gangwechsel erfolgt weich, spontan, schnell und hochflexibel. Audi setzt sie in vielen Modellen mit längs eingebautem Motor ein. Dank der acht Stufen bleiben die Drehzahlsprünge zwischen den Gängen klein, der Motor läuft stets in der Nähe seines idealen Betriebspunktes. Ein drehzahladaptiver Torsionsdämpfer kompensiert unerwünschte Schwingungen des Motors und ermöglicht effizientes Fahren bei besonders niedrigen Drehzahlen.

Im Effizienz-Konzert spielt auch die Wandlerüberbrückungskupplung mit dem integrierten Dämpfer eine große Rolle. Die Kupplung ist im normalen Fahrbetrieb geschlossen und bindet das Getriebe direkt an den Motor an. In manchen Fahrsituationen arbeitet sie mit geregeltem Schlupf – das erlaubt im Zusammenspiel mit dem Dämpfer sehr niedrige Drehzahlen, ohne dass Vibrationen auftreten würden. Steht das Auto, trennt eine interne Kupplung das Getriebe vom Motor, auch wenn die Stufe D noch eingelegt ist – das vermeidet die Verluste durch das Ölumwälzen im Wandler. Sobald der Fahrer die Bremse löst, schließt die Kupplung wieder, der dämpfende Effekt des Drehmomentwandlers sorgt für sanftes Anrollen.

Das Dynamische Schaltprogramm DSP, das die Achtstufen-tiptronic steuert, ist in einer kleinen Stahlbox innerhalb der Schalteinheit untergebracht. Es nutzt einen schnellen Prozessor. In der Betriebsart D legt das DSP selbsttätig den optimalen Schaltpunkt fest. Es bevorzugt im Sinne einer effizienten Fahrweise große Gänge und niedrige Drehzahlen. In einer zweiten Schaltgasse erlaubt die tiptronic den manuellen Eingriff in den Automatikbetrieb. Das ermöglicht beispielsweise das Herunterschalten auf kurvenreicher Bergstrecke zum Verstärken der Motorbremswirkung oder eine betont sportliche Fahrweise. Im Sportmodus steigert die Automatik durch später gesetzte Schaltpunkte die Fahrdynamik. Der Wählhebel kommuniziert rein elektronisch, ohne mechanische Verbindung mit dem Getriebe (shift-by-wire).

Die Achtstufen-tiptronic ist in der Lage, mit dem Start-Stopp-System von Audi zusammenzuarbeiten. Dafür integriert sie einen kleinen, permanent gefüllten Hydraulikspeicher. Beim Neustart nach einem Halt wird sein Ölvolumen – etwa 100 Milliliter – von einem federbelasteten Kolben in die Schaltelemente gepresst, die zum Anfahren nötig sind. Das Getriebe ist innerhalb kürzester Zeit startklar.

In einigen Audi-Modellen hat die Achtstufen-tiptronic eine elektrische Ölpumpe an Bord. Sie sorgt für die Schmierung des Getriebes und ermöglicht es, den Gang einzulegen, der beim Wiederstart nach einer Segelphase gebraucht wird. Dadurch ist es möglich, mithilfe der Mild-Hybrid-Technologie den Motor während der Fahrt auszuschalten, wenn er nicht für den Vortrieb benötigt wird. Wenn das Auto rollt und der Motor dabei im Leerlauf dreht, ist eine Kupplung im Bereich der Radsätze geöffnet. Die Getriebesteuerung erkennt Stop-and-Go-Situationen und sorgt für besonders komfortables Anfahren.

Die Active Noise Cancellation (ANC) wirkt unerwünschtem Schall mit Antischall entgegen. Dabei nutzt das System das Prinzip der destruktiven Interferenz, auch Gegenschall-Prinzip genannt: Wenn sich zwei Wellen von gleicher Frequenz überlagern, löschen sich ihre Amplituden gegenseitig aus, sofern diese gleich und die Phasen um 180 Grad zueinander versetzt sind.

Im Innenraum des Autos zeichnen kleine Mikrofone die Geräuschkulisse in mehreren Zonen auf. Aus ihren Signalen errechnet das ANC-Steuergerät ein differenziertes räumliches Schallfeld. Ergänzend nutzt es Informationen über die Motordrehzahl. In allen Zonen, in denen das System Störgeräusche erkennt, auf die es zuvor kalibriert worden ist, veranlasst es einen präzise modulierten Gegenschall. Das ANC-System ist immer aktiv – egal ob die Soundanlage eingeschaltet, deaktiviert, laut, leise oder stumm gestellt ist. Es arbeitet mit allen lieferbaren Soundsystemen zusammen.

Aktive Motorlager reduzieren die unerwünschte Vibrationsanregung durch das Aggregat, indem sie kompensierende Gegenschwingungen erzeugen. Dafür nutzen die hydraulisch bedämpften Motorlager einen elektromagnetischen Schwingspulenaktuator. Damit dieser auch bei schnellen Änderungen des Fahrzustands stets das passende Stellsignal liefert, wertet ein Algorithmus permanent die Daten von im Motorraum platzierten Beschleunigungssensoren aus und passt das Stellsignal entsprechend an.

Aktive Motorlager helfen dabei, den Fahrkomfort von Modellen mit Zylinderabschaltung und Dieselfahrzeugen zu erhöhen. Darüber hinaus tragen sie bei Plug-in-Hybriden dazu bei, ein homogenes Fahrerlebnis auch beim Wechsel zwischen den Betriebsmodi zu gewährleisten.

Eine Drehstrom-Asynchronmaschine besteht aus zwei großen Teilen – dem äußeren, feststehenden Stator und dem darin befindlichen Rotor. Beim Stator handelt es sich um ein Blechpaket aus dünnen, magnetisch leitfähigen Elektroblechen. Darin befinden sich Spulen aus Kupferdraht, an die die drei Drehstromphasen aus der Leistungselektronik gelegt werden. Wenn an ihnen Spannung anliegt, entsteht ein umlaufendes magnetisches Feld (Drehfeld). Das Drehfeld des Stators induziert im Rotor ein weiteres Magnetfeld – der Rotor wird mit einer geringen Differenzdrehzahl zum anregenden Drehfeld des Stators mitgeführt, also asynchron. Dreht sich der Rotor langsamer als das Drehfeld, dann arbeitet die E-Maschine im Auto als Antriebsmotor. Im umgekehrten Fall wird sie zum Generator und wandelt kinetische Energie in elektrische um. Im unbestromten Zustand produzieren die Asynchronmaschinen keine elektrisch bedingten Schleppverluste und sind damit sehr effizient. Zudem können sie im Boost-Modus kurzzeitig ihre Leistung erhöhen und damit die Performance des Fahrzeugs maximieren. Neben ihrem geringen Gewicht aufgrund des Aluminium-Rotors haben sie weitere Vorteile: Sie sind wartungsarm und besonders robust. Darüber hinaus kommen in der Produktion der E-Maschinen keine Seltenen Erden zum Einsatz.

Das Audi valvelift system (AVS) ist eine Technologie zur variablen Ventilsteuerung. Audi setzt es je nach Motor zu unterschiedlichen Zwecken ein, das Arbeitsprinzip ist jedoch in allen Fällen gleich: Auf den Nockenwellen sitzen Hülsen, die Nockenprofile mit unterschiedlichen Konturen tragen. Elektromagnetisch betätigte Pins verschieben die Hülsen um einige Millimeter axial, indem sie in spiralförmige Nuten in ihren Außenkonturen eingreifen. Je nach Position der Hülse öffnet entweder der flache oder der hohe Nocken das Ventil.

Beim 3.0 TFSI, beim 2.9 TFSI und beim 2.0 TFSI mit 140 kW (190 PS) wirkt das AVS auf die Einlassventile. Es schaltet ihren Hub und die Öffnungsdauer je nach Last und Drehzahl in zwei Stufen um und steuert so die Menge der angesaugten Luft. In der Teillast sind Hub und Öffnungsdauer relativ gering. Die Drosselklappe kann weit geöffnet bleiben, Drosselverluste entfallen weitgehend. Bei höherer Last sorgt das AVS für größeren Hub und späteres Schließen. Die Füllung wächst, der Motor kann frei atmen und erzielt mehr Leistung und Drehmoment.

Bei einigen Vierzylinder-Ottomotoren und beim 2.5 TFSI mit seinen fünf Zylindern variiert das AVS den Hub der Auslassventile. Damit verringert es die Spülverluste im Brennraum und ermöglicht speziell im unteren Drehzahlbereich die optimale Anströmung des Turboladers mit Abgas. Die Folgen sind ein dynamisches Ansprechverhalten und ein Zuwachs an Drehmoment.

Beim 1.4 TFSI dient das System dazu, bei moderater Gangart die Hälfte der Zylinder stillzulegen und damit den Kraftstoffverbrauch zu senken. Die deaktivierten Zylinder laufen weitestgehend verlustfrei wie Gasfedern mit, während die aktiven Zylinder in höheren Lastbereichen mit besserem Wirkungsgrad arbeiten.

Der 4.0 TDI präsentiert eine weitere Variante der Technologie – hier managt das Audi valvelift system die beiden Turbolader, die nach dem Register-Prinzip geschaltet sind. Die Abgase, die jeder Zylinder aus seinen beiden Auslassventilen entlässt, strömen durch separate Kanäle; jedes Kanalsystem speist einen der beiden Turbolader. Bei niedriger Last und Drehzahl hält das AVS ein Ventil geschlossen, so dass der volle Abgasstrom auf den so genannten Aktiv-Lader gelangt. Bei steigender Drehzahl öffnet es das zweite Auslassventil und schaltet dadurch den zweiten Lader zu. Weitere AVS-Einheiten sitzen an den Einlassnockenwellen, sie dienen zur bedarfsgerechten Füllung der Brennräume.

Das B-Zyklus-Brennverfahren ist eine Effizienztechnologie für die Ottomotoren von Audi. Es ist speziell für den Teillastbereich, die weit überwiegende Betriebsart, ausgelegt. Im Kern ist das Verfahren mit dem so genannten Miller-Zyklus vergleichbar. Die Audi-Ingenieure haben es jedoch entscheidend weiterentwickelt – um eine erhöhte Verdichtung, um die Turboaufladung und um das Audi valvelift system (AVS). Das Ergebnis: Bei moderater Gangart erlebt der Fahrer die Verbrauchsvorteile eines kleinvolumigen Aggregats, bei sportlicher Fahrweise profitiert er von der Dynamik eines großen Motors.

Das B-Zyklus-Brennverfahren ist bei drei TFSI-Aggregaten im Einsatz: bei einer Variante des 2.0 TFSI, beim 3.0 TFSI-V6 sowie beim 2.9 TFSI-V6 mit seiner Biturbo-Aufladung. Der Kern des Brennverfahrens ist eine ungewöhnlich kurze Öffnungsdauer beim Ansaugen in der Teillast. Die Einlassventile des V6 TFSI schließen schon bei 130 Grad Kurbelwinkel – deutlich bevor der Kolben den Unteren Totpunkt (UT) erreicht. Dadurch – und durch einen erhöhten Druck im Saugrohr – sinken die Drosselverluste. Die angesaugte Frischgasmenge bleibt vergleichsweise klein; wenn der Kolben nach dem UT wieder hochfährt, beginnt die Kompressionsphase entsprechend spät. Das erlaubt ein hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis von 11,2:1 beim 3.0 TFSI – die Verbrennung findet in einem relativ kleinen Brennraumvolumen statt. Im Vergleich zur kurzen Kompressionsphase ist die Expansionsphase deutlich verlängert. Das Resultat ist eine höhere abgegebene Motorarbeit bei gleichem Kraftstoffverbrauch, also ein signifikanter Anstieg des Wirkungsgrads.

Beim klassischen Miller-Zyklus bringt die verringerte Zylinderfüllung Einbußen an Drehmoment und Leistung mit sich. Audi neutralisiert sie durch die Turboaufladung und das zweistufig schaltende Audi valvelift system (AVS). Bei höherer Last und Drehzahl schließt das AVS des V6 TFSI die Einlassventile später – die Öffnungsdauer verlängert sich auf 180 Grad Kurbelwinkel beim 3.0 TFSI und 200 Grad beim 2.9 TFSI. Zugleich wächst der Ventilhub von 6,0 auf 10 Millimeter. Die Zylinderfüllung nimmt erheblich zu – der Motor dreht kraftvoll hoch und liefert satte Leistung.

Bei den V6-Motoren bildet die zentrale Lage des Injektors im Brennraum einen wichtigen Bestandteil des B-Zyklus-Brennverfahrens: Sie ermöglicht im Bereich der Einlassventile eine Geometrie, die im Zusammenspiel mit den Einlasskanälen die Gasladung gezielt verwirbeln lässt und damit die Verbrennung optimiert.

Beim Effizienzsystem cylinder on demand (COD) handelt es sich um eine Zylinderabschaltung. Audi setzt sie derzeit in zwei Motoren – dem 1.4 TFSI und dem 5.2 FSI ein. Bei geringer bis mittlerer Last und Drehzahl deaktiviert das System in den oberen Gängen die Hälfte der Zylinder: Der Vierzylinder läuft im COD-Betrieb als Zweizylinder, beim V10 wird eine Zylinderbank stillgelegt.

Das COD-System schaltet die Einspritzung und die Zündung ab, beim TFSI schließt es zudem die Ventile mit der AVS-Technologie. Elektromagnetisch ausfahrende Stifte verschieben dazu auf den Nockenwellen die Nockenstücke – Hülsen, die je zwei unterschiedliche Nockenprofile tragen – um einige Millimeter, indem sie in Spiralkonturen an ihren Außenseiten eingreifen. Wenn die so genannten Nullhubprofile über den Ventilen rotieren, betätigen sie diese nicht, die Ventilfedern halten sie geschlossen.

Der Umschaltvorgang dauert nur Millisekunden und ist vom Fahrer praktisch nicht zu spüren. In den aktiven Zylindern eins und vier verlagern sich die Betriebspunkte zu höheren Lasten, was den Wirkungsgrad steigert, während die deaktivierten Zylinder weitestgehend verlustfrei wie eine Gasfeder mit geringem Druck mitlaufen. Beim Tritt auf das Gaspedal werden die abgeschalteten Zylinder wieder aktiv. Das COD-System kann den realen Kundenverbrauch um mehrere Zehntelliter pro 100 Kilometer senken.

Das Doppelkupplungsgetriebe S tronic verbindet den Komfort einer Automatik mit der Effizienz eines Schaltgetriebes. Es steht in unterschiedlichen Ausführungen – mit sechs und sieben Gängen – in weiten Bereichen der Modellpalette bereit.

Für die längs eingebauten Motoren hat Audi eine eigene Version der Siebengang S tronic entwickelt. Bei ihr liegen die Zahnräder für alle Gänge auf einer Abtriebswelle hintereinander. Die vier Varianten für die quer eingebauten Motoren hingegen sind in einem Layout mit zwei Abtriebswellen konzipiert. Es erlaubt eine kompakte Bauweise. Die S tronic für die Quermotoren gibt es mit sechs oder sieben Gängen; bei der Siebengang-Variante existieren wiederum drei Versionen. Im Längsverbau gibt es ebenfalls drei Versionen, wobei eine in reiner quattro-Technologie ausgeführt und eine andere als sportive Version im R8-Heck verbaut ist.
Welche Variante hier mit welchem Motor zusammenarbeitet, richtet sich nach dem Kundenwunsch zum Fahrzeug sowie dem zu übertragenden Drehmoment.

In der S tronic sind zwei Lamellenkupplungen integriert, die unterschiedliche Gänge bedienen. Die Kupplung K1 schickt das Drehmoment über eine Vollwelle auf die Zahnräder der ungeraden Gänge 1, 3, 5 und 7. Um die Vollwelle herum rotiert eine Hohlwelle. Sie ist mit der Kupplung K2 verbunden, die entweder parallel zur K1 oder in ihrem Inneren liegt. Diese K2 bedient die Zahnräder der geraden Gänge 2, 4 und 6 sowie den Rückwärtsgang. Die beiden Teilgetriebe sind permanent aktiv, aber nur eines ist maximal mit dem Motor verbunden. Wenn der Fahrer beispielsweise im dritten Gang beschleunigt, ist im zweiten Teilgetriebe der vierte Gang bereits eingelegt. Der Schaltvorgang erfolgt durch das Wechseln der Kupplungen – K1 öffnet sich, während sich K2 schließt. Er dauert nur wenige Hundertstelsekunden und vollzieht sich fast ohne Unterbrechung der Zugkraft. Die S tronic schaltet so dynamisch, fließend und komfortabel, dass der Fahrer den Gangwechsel kaum wahrnimmt.

Das Mechatronik-Modul, ein kompakter und robuster Block, fasst die Elektronik mit den hydraulischen Stellgliedern zusammen. Sein Steuerungskonzept erlaubt es, die Geschwindigkeit des Gangwechsels zu variieren und die notwendige Kraft exakt zu regeln. Das Management der Lamellenkupplungen agiert mit höchster Präzision – die Siebengang S tronic arbeitet auch im Stop-and-Go-Verkehr und beim Rangieren sehr feinfühlig.

Die Siebengang S tronic lässt sich auf unterschiedliche Arten nutzen. Der automatische Modus hält die Programme D (Drive) und S (Sport) bereit. Der Fahrer kann über den Wählhebel oder mit Wippen am Lenkrad selbst schalten. Ein weiteres Feature für die Hochleistungsmodelle ist die Launch Control, die das Beschleunigungspotenzial des Fahrzeugs beim Start voll ausschöpft. Die sportlichste Siebengang S tronic für die Längsmotoren verkraftet eine Drehzahl von bis zu 9.000 Umdrehungen pro Minute.

In allen Varianten bietet die S tronic viele Stärken: einen hohen Wirkungsgrad, ein intelligentes Management und eine hohe Spreizung mit lang übersetzten hohen Gängen. Damit senkt das Hightech-Getriebe in vielen Fällen den Verbrauch gegenüber einer manuellen Schaltbox. Ihre beiden trockenen Kupplungen kommen ohne eigene Ölversorgung aus, was die Effizienz weiter steigert. Alle Varianten der S tronic sind mit dem Start-Stopp-System von Audi kombiniert. Die neueste S tronic im Längsverbau verfügt neben einem innovativen Druckspeichersystem über die shift-by-wire-Technologie, die die Voraussetzung für zahlreiche Assistenzsysteme bis hin zum pilotierten Fahren bildet.

Der elektrische Allradantrieb vereint die Effizienz eines Einachsantriebs mit der Fahrdynamik und Traktion eines Allradantriebs. Er regelt permanent und voll variabel die ideale Verteilung der Antriebsmomente zwischen beiden Achsen. Zwischen dem Zeitpunkt, an dem das System die Fahrsituation erkennt und die Antriebsmomente der E-Maschinen stellt, vergehen nur etwa 30 Millisekunden – das ist deutlich schneller als bei der konventionellen quattro-Technologie. Der Grund: Beim elektrischen Allradantrieb wird keine mechanische Kupplung betätigt, sondern Strom verteilt. Und das geschieht blitzschnell. So ist selbst bei plötzlichen Reibwertveränderungen und extremen Fahrsituationen die volle quattro-Performance gewährleistet.

Um den höchsten Wirkungsgrad zu erzielen, nutzt der Audi e-tron in den meisten Fällen hauptsächlich seine hintere E-Maschine. Die Antriebsmomente sind aus Gründen der Effizienz grundsätzlich hecklastig verteilt. Fordert der Fahrer mehr Leistung an, als die hintere E-Maschine bereitstellen kann, verschiebt der elektrische Allradantrieb die Momente bedarfsgerecht auf die Vorderachse. Das geschieht auch vorausschauend noch bevor bei Glätte oder schneller Kurvenfahrt Schlupf auftritt oder das Auto unter- oder übersteuert. Im Zusammenspiel mit der radselektiven Momentensteuerung bietet der elektrische Allradantrieb hohe Traktion bei verschiedenen Witterungsbedingungen und auf den unterschiedlichsten Terrains.

Der elektrisch angetriebene Verdichter (EAV) ergänzt die Arbeit der/des Turboladers beim Anfahren und beim Beschleunigen mit sehr niedriger Drehzahl – also immer dann, wenn im Abgasstrom zu wenig Energie für kraftvollen Drehmomentaufbau vorhanden ist. Damit ermöglicht er spontanes Ansprechverhalten und eine dynamische Anfahrperformance aus dem Stillstand heraus. Sportliche Fahrer werden die Überhol-Power und die spontane Kraftentfaltung am Kurvenausgang zu schätzen wissen. Bei komfortorientierter Fahrweise vermeidet die EAV-Technologie unnötige Rückschaltungen und hält so das Drehzahlniveau und den Verbrauch niedrig.

Der EAV arbeitet mit einer Spannungslage von 48 Volt. Er ist in der Ansaugluftstrecke hinter dem Ladeluftkühler platziert und wird in folgenden zwei Betriebszuständen aktiv: Beim Anfahren schließt der Bypass und der EAV verdichtet den Luftstrom vor. So erhöht sich die Füllung des Brennraums. Wenn im Fahrbetrieb die Lastanforderung durch das Gaspedal hoch und zugleich das Energieangebot im Abgas niedrig ist, schließt die Bypassklappe – jetzt strömt die Ansaugluft in den EAV und wird dort zum zweiten Mal verdichtet. Dabei beschleunigt ein kompakter Elektromotor, der bis zu 7 kW leistet, das Verdichterrad des EAV in zirka 250 Millisekunden auf bis zu 70.000 Umdrehungen pro Minute.

Die Hochvolt-Batterie liefert Gleichstrom, die E-Maschinen nutzen Drehstrom – deshalb ist jeder Elektromotor mit einer Leistungselektronik gekoppelt, die den Strom wandelt. Die Leistungselektroniken des Audi e-tron sind mit 5,5 Liter Volumen und acht Kilogramm Gewicht sehr kompakt. Beide integrieren einen Mikrocontroller für die Regelung der E-Maschine und sind in das Thermomanagement der elektrischen Aggregate eingebunden. Sie arbeiten hochdynamisch – 10.000 Mal pro Sekunde werden Sensordaten eingelesen und Stromwerte für die E-Maschinen ausgegeben.

Alle Getriebe von Audi liegen auf dem Stand der Technik, das gilt auch für die Schaltgetriebe. Sie zeichnen sich durch hohe Wirkungsgrade aus.

In der A4-, A5- und A6-Baureihe sowie beim Q5 sind die manuellen Sechsganggetriebe gegenüber den Vorgänger-Bauteilen neu entwickelt. Ihr Gehäuse besteht in weiten Bereichen – abhängig von der jeweiligen Drehmomentklasse – aus ultraleichtem Magnesium. Eine Stirnradstufe ersetzt die Welle zum Vorderachsdifferenzial. Sie bringt große Vorteile bei Reibung und Bauraumbedarf mit sich. Durchbrochene Zahnräder, hohlgeformte Wellen und eine verkleinerte Kupplung, ebenfalls in Abhängigkeit der jeweiligen Drehmomentklasse, senken das Gewicht weiter. Unterm Strich ist das Getriebe 16 Kilogramm leichter geworden.

Die Schaltgetriebe, die im A4, A5, A6 und Q5 mit Vierzylinder-Motoren bis 400 Nm zum Einsatz kommen, verfügen darüber hinaus über eine besonders effiziente Einspritzschmierung. Sie verbessert den Wirkungsgrad nochmals – sowohl bei den Getrieben für Frontantrieb als auch bei den ebenfalls neu entwickelten quattro ultra-Getrieben. 

Seit Mitte 2017 ziehen die neuen Mild-Hybrid-Antriebe (MHEV, Mild Hybrid Electric Vehicles) auf breiter Front in die Modellpalette von Audi ein. Die neue Technologie eignet sich für das Zusammenspiel mit Diesel- und Benzinmotoren gleichermaßen und kann den Verbrauch im Kundenbetrieb um bis zu 0,7 Liter pro 100 Kilometer senken.

Audi bietet die MHEV-Antriebe in zwei Varianten an. Bei den Vierzylindermotoren basieren sie auf dem bekannten 12-Volt-Bordnetz. Die Sechs- und Achtzylinder erhalten ein 48-Volt-Netz, das hier als Hauptbordnetz dient. Eine kompakte Lithium-Ionen-Batterie speichert die Energie. An der Stirnseite des Verbrennungsmotors sitzt ein wassergekühlter Riemen-Starter-Generator (RSG), der über einen hochbelastbaren Keilrippenriemen mit der Kurbelwelle verbunden ist. Beim Verzögern kann der RSG bis zu 8 kW Leistung rekuperieren und die Energie in den Akku einspeisen. Ein DC-/DC-Wandler verbindet das 48 Volt-Netz mit dem 12 Volt-Bordnetz.

Die MHEV-Technologie auf 48 Volt-Basis ist besonders komfortabel und effizient. Wenn der Fahrer im Bereich zwischen 55 und 160 km/h vom Gas geht, kann das Auto bis zu 40 Sekunden lang mit komplett ausgeschaltetem Motor segeln. Beim Rollen mit niedrigem Tempo beginnt die Start-Stopp-Phase schon bei 22 km/h. Das Antriebsmanagement nutzt die Informationen von der Navigationskarte und den Onboard-Sensoren, um in jeder Situation neu zu entscheiden, ob Segeln oder Rekuperieren effizienter ist. Beispielsweise wählt es die Rekuperation, wenn der Effizienzassistent ein vorausfahrendes Fahrzeug erkennt. In den Bremsphasen unterstützt der RSG bei der Verzögerung und kann die gewonnene elektrische Energie in den 48-Volt-Speicher einspeisen oder für die elektrischen Verbraucher direkt nutzen.

Wenn der Fahrer nach einer Segelphase oder einem Stopp wieder Gas gibt, erfolgt der Wiederstart des Verbrennungsmotors über den RSG. Der herkömmliche Ritzelstarter kommt nur noch beim ersten Start zum Einsatz, wenn das Motoröl noch kalt ist und ein höheres Startmoment benötigt wird. Der RSG-Start wird je nach Fahreranforderung moduliert: Fordert zum Beispiel die Klimaanlage bei Fahrzeugstillstand einen Motorstart, erfolgt dieser besonders komfortabel. Gleiches gilt, wenn der Fahrer in einer Start/Stopp-Phase die Bremse löst, um im Verkehr mitzuschwimmen. Tritt er das Gaspedal weiter durch und signalisiert dadurch einen deutlichen Beschleunigungswunsch, wird der Start so schnell wie möglich ausgeführt. Zudem gibt es den so genannten prädiktiven Komfortstart: Hier startet der Motor, sobald sich das vorausfahrende Auto in Bewegung setzt, auch wenn die Bremse noch getreten ist.

Mit dem 12-Volt-Bordnetz ist das Funktionsprinzip der MHEV-Technologie gleich wie bei 48 Volt. Allerdings fallen die Segelphasen, die Rekuperationsleistung und die CO₂-Einsparung etwas geringer aus.

Über seine Modellpalette hinweg bietet Audi unterschiedliche Automobilkonzepte an – entsprechend vielseitig ist die quattro-Technologie aufgefächert. 

• Modularer Längsbaukasten: das selbstsperrende Mittendifferenzial

In Audi-Modellen mit längs eingebautem Frontmotor bildet ein selbstsperrendes Mittendifferenzial das Herzstück des quattro-Antriebs. Es ist als rein mechanisches, verzögerungsfrei arbeitendes Planetengetriebe aufgebaut. Ein Hohlrad schließt ein Sonnenrad ein. Zwischen beiden drehen sich walzenförmige Planetenräder, die mit dem rotierenden Gehäuse verbunden sind. Im regulären Fahrbetrieb fließen 60 Prozent der Antriebsmomente über das Hohlrad, das einen größeren Durchmesser hat, und die mit ihm verbundene Abtriebswelle zur Hinterachse. 40 Prozent gelangen über das kleinere Sonnenrad zur Vorderachse. Diese asymmetrisch-dynamische Momentenverteilung führt zu einem sportlichen, heckbetonten Handling. Durch Schrägverzahnungen entstehen Axialkräfte, sobald Drehmoment durch das Differenzial übertragen wird. Sie erzeugen über Reibscheiben ein Sperr­moment, das die Drehmomente zu den Rädern mit der besseren Traktion leitet.

In seiner jüngsten Ausbaustufe kann das Mittendifferenzial bis zu 70 Prozent der Momente nach vorn oder maximal 85 Prozent nach hinten leiten. Die hohen Sperrwerte erlauben eine klar definierte Verteilung der Momente und ein hochpräzises Zusammenspiel mit den Regelsystemen wie der ESC und der radselektiven Momentensteuerung. Um die Fahrdynamik und die Fahrsicherheit noch weiter zu steigern, gibt es für die Audi-Topmodelle aus dem modularen Längsbaukasten ergänzend das Sportdifferenzial.

Diese Technologie kommt in folgenden Baureihen zum Einsatz:

• Audi A4
• Audi A5
• Audi Q5
• Audi A6
• Audi A7
• Audi Q7
• Audi A8

• Modularer Querbaukasten: die elektrohydraulische Lamellenkupplung

Bei den kompakten Modellen mit quer eingebautem Motor setzt Audi einen quattro-Antriebstrang ein, in dem eine Lamellenkupplung mit hydraulischer Betätigung und elektronischer Regelung das Herzstück bildet. Aus Gründen der Gewichtsverteilung ist sie am Ende der Kardanwelle vor dem Hinterachsdifferenzial montiert. In ihrem Inneren birgt die Kupplung ein Paket metallener Reibringe, die paarweise hintereinander liegen. Je ein Ring ist fest mit dem Kupplungskorb verzahnt, der mit der Kardanwelle rotiert, der jeweils andere ist mit der Welle zum Hinterachsdifferenzial verbunden.

Die Allradsoftware berechnet auf Basis zahlreicher Daten kontinuierlich die richtige Momentenverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse. Bei einer Momentenanforderung baut die hocheffiziente elektrische Axialkolbenpumpe innerhalb weniger Millisekunden bis zu 40 bar Hydraulikdruck auf. Dadurch werden die Reiblamellen zusammengepresst und das Antriebsmoment so stufenlos zur Hinterachse übertragen. Die elektronisch geregelte Lamellenkupplung garantiert beste Traktion, Fahrdynamik und Fahrsicherheit und sorgt mit aktiv geregelter Momentenverteilung für ein dynamisches Handling.

Diese Technologie kommt in folgenden Baureihen zum Einsatz:

• Audi A1
• Audi Q2
• Audi A3
• Audi Q3
• Audi TT 

Bei den sportlichen Quermotor-Modellen ist das Management der Lamellenkupplung betont dynamisch ausgelegt. Die spezielle Regelphilosophie berücksichtigt hier in hohem Maße fahrdynamisch relevante Größen, bei einigen Modellen orientiert sie sich auch am Status von Audi drive select und der elektronischen Stabilisierungskontrolle ESC. Das Resultat zeigt sich in einer häufigeren und ausgeprägten Momentenverteilung zur Hinterachse, die das sportliche Fahrverhalten zusätzlich unterstützt. Im Sportmodus oder bei abgeschalteter ESC auf einer Fahrbahn mit niedrigem Reibwert erlaubt das Management kontrollierte Drifts. Bei ruhiger Fahrweise hingegen ist bei einigen Modellen eine temporäre automatisierte Komplettöffnung der Kupplung möglich, um Kraftstoff zu sparen. Sobald sich der Fahrzustand ändert, wird der quattro-Antrieb wieder aktiv.

• Audi R8: Aktiv geregeltes Vorderachsdifferenzial

Im Audi R8 sitzt die Siebengang S tronic mit integriertem Hinterachsgetriebe und Sperrdifferenzial im Heck hinter dem Motor. Die in das Vorderachsgetriebe integrierte elektrohydraulische Lamellenkupplung überträgt das Moment über eine Kardanwelle innerhalb weniger Millisekunden auf die Vorderräder. Sie kann die Momente vollvariabel zwischen den Achsen verteilen. Die Kombination aus der leistungsfähigen Getriebe-Mechanik und der direkt auf den Mittelmotorsportwagen zugeschnittenen Allradsoftware ermöglicht Fahrdynamik in einer völlig neuen Balance zwischen Stabilität und Agilität.

Die Allradsoftware berechnet die jeweils ideale Momentenverteilung permanent neu – abhängig von Fahrsituation, Fahrerkommando und Umgebungsbedingungen. So können bis zu 100 Prozent der Kräfte auf die Vorder- oder Hinter­achse fließen. Das quattro-Management ist in das Fahrdynamiksystem Audi drive select eingebunden, das die vier Modi comfort, auto, dynamic und individual umfasst. Ergänzend gibt es im Performance-Modus die Programme dry, wet und snow. Sie passen die fahrdynamischen Parameter gezielt an die Gripverhältnisse der Fahrbahnoberfläche an.

Wenn an der Hinterachse der Grip nachlässt, etwa auf einer Fahrbahn mit niedrigem Reibwert, drückt eine elektrisch angetriebene Axialkolbenpumpe die Lamellenpakete im Inneren der Kupplung mit maximal 38 bar zusammen, sie bestehen aus Stahl und sind mit einem organischen Material belegt. Je höher der Öldruck, desto mehr Kraft gelangt stufenlos von der hinteren auf die vordere Achse. Um den raschen Druckaufbau zu gewährleisten, wälzt die Pumpe permanent ein gewisses Ölvolumen um. Die Lamellenkupplung ist an den Kühlkreislauf des Motors angebunden, der drei große Wasserkühler im Vorderwagen nutzt. Diese Lösung stellt sicher, dass die Kupplung unter allen Bedingungen ihre volle und exakte Regelarbeit leisten kann. Ein Temperatur- und ein Drucksensor überwachen die Bedingungen kontinuierlich und passen die Regelparameter bei Bedarf an.

Das mechanische Hinterachsdifferenzial verbessert die Traktion und die Fahrdynamik weiter. Bei Zug weist es 25 Prozent Sperrwirkung auf, bei Schub 45 Prozent. Damit ist es exakt auf den dynamischen Charakter des Audi R8 und den aktiv geregelten quattro-Antrieb abgestimmt. Das Resultat: ein Einlenkverhalten, das Untersteuern praktisch nicht mehr kennt.

Bereits seit 2014 bietet Audi Modelle als Plug-in-Hybride an. Plug-in-Hybrid ist die gebräuchliche Bezeichnung für ein plug-in hybrid electric vehicle, abgekürzt PHEV. Traditionell bezeichnet man einen Antrieb als Hybrid, wenn zwei Antriebstechnologien – also jeweils Motor und Energiespeichersystem – in einem Fahrzeug kombiniert sind.

Im Automobilbau hat sich bei PHEV-Modellen die Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem Elektromotor etabliert. Typisch für sogenannte Parallel-Hybride, die einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor zu einer Antriebseinheit kombinieren: Der E-Antrieb kann lokal emissionsfrei als alleiniger Antrieb genutzt werden oder den Verbrenner sowohl im Teillastbereich als auch mit einer zusätzlichen Boost-Leistung bei stärkerer Beschleunigung unterstützen. Ebenso dient der Elektroantrieb als Generator für Rekuperation, der kinetische Energie in elektrische wandelt und in einer Lithium-Ionen-Batterie speichert. Die Batterie kann beim Plug-in-Hybrid extern, an der Ladesäule oder Steckdose, aufgeladen werden.

Audi fokussiert sich bei der Auslegung der Plug-in-Hybrid-Modelle auf drei Ziele: lange und häufige elektrische Fahranteile und ein niedriger Gesamtenergieverbrauch, ein einfaches Lademanagement und eine hohe Alltagstauglichkeit.

Das elektrische Fahrerlebnis wird zum einen durch kraftvolle E-Maschinen gewährleistet, die über einen großen Geschwindigkeitsbereich in verschiedenen Fahrsituationen den rein elektrischen Fahrbetrieb ermöglichen. Ein intelligentes Antriebsmanagement – ausgelegt auf maximale Effizienz und Kundenkomfort – ist Grundlage für häufiges und ausdauerndes elektrisches Fahren. Zusätzlich zur automatischen Wahl des Hybrid-Modus kann noch zwischen den Modi „EV“ und „Hold“ gewählt werden. Im EV-Modus wird das Fahrzeug bei entsprechendem Batteriestand ausschließlich elektrisch angetrieben, solange der Fahrer nicht einen variablen spürbaren Druckpunkt im Fahrpedal überschreitet. Der EV-Modus ist die Grundeinstellung bei jedem Fahrzeugstart. Im „Hold“-Modus steuert das Antriebsmanagement den Antriebsstrang so, dass der vorhandene Ladestatus der Batterie gehalten wird, etwa für das spätere rein elektrische Fahren in urbanen Gebieten. Dennoch gibt es auch in diesem Modus rein elektrische Fahranteile.

Darüber hinaus kann der Fahrer über den bekannten Schalter des Fahrdynamiksystems Audi drive select zwischen den Fahrmodi „comfort“, „efficiency“, „auto“ und „dynamic“ wählen und damit das Setup von Antrieb, Fahrwerk und Lenkung beeinflussen. Je nach Einstellung ändern sich beim Beschleunigen die Schwellen, ab denen beide Antriebe zusammenarbeiten oder der Elektromotor den Boost und damit das maximale Drehmoment liefert. Im „dynamic“-Modus unterstützt die E-Maschine den Verbrennungsmotor verstärkt mit ihrer elektrischen Boost-Leistung für maximale Fahrdynamik.

Das ausgefeilte Antriebsmanagement trägt wesentlich dazu bei, dass Audis PHEV-Modelle lange elektrische Fahretappen bei moderaten Batteriegrößen ermöglichen. Die beiden Kerntechnologien des Antriebsmanagements sind der Prädiktive Effizienzassistent (PEA) und die Prädiktive Betriebsstrategie (PBS). Der Prädiktive Effizienzassistent – bekannt aus den Audi-Modellen mit konventionellem Antrieb – regelt das Antriebs- und Rekuperationsverhalten situativ auf unmittelbare und nahe liegende Fahrzeug-Informationen: Dazu gehören etwa die prädiktiven Streckendaten aus der Navigation oder die Frontkamera. Die Prädiktive Betriebsstrategie regelt das Antriebs- und Rekuperationsverhalten entlang der gesamten Fahrroute. Die PBS wertet bei aktiver Zielführung die Routeninformationen entlang der Fahrstrecke, also etwa Staus und Straßentypen wie Landstraßen und Autobahnen, aus. Auch die Umgebung rund um das Fahrtziel wird in die Planung der Antriebssteuerung mit aufgenommen. Ziel der Streckenplanung ist es, innerstädtisch möglichst elektrisch zu fahren und mit nahezu leerer Batterie am Ziel anzukommen. Denn: Es soll so viel elektrische Energie wie möglich genutzt werden, um dann am Ziel das Fahrzeug wieder aufzuladen.

Verbunden mit dem Antriebsmanagement ist auch das aktive Fahrpedal, das den Fahrer mit haptischer Rückmeldung bei einer möglichst effizienten Fahrweise unterstützt. Es signalisiert dem Fahrer über einen Druckpunkt im Fahrpedal, wenn er den rein elektrischen Fahrbereich verlässt. Basierend auf den Informationen des Prädiktiven Effizienzassistenten signalisiert es dem Fahrer außerdem, wann er für das Segeln oder Rekuperieren den Fuß vom Gaspedal nehmen soll.

Die E-Maschine übernimmt alle leichten Verzögerungen – also die Mehrheit im Verkehrsalltag. Bei mittleren Bremsungen teilt sie sich die Aufgabe mit den hydraulischen Radbremsen, die erst jenseits einer Verzögerung von 0,4 g allein zum Einsatz kommen. Eine aufwendige Fahrzeug-Abstimmung sorgt dabei für einen fast nicht zu spürenden Übergang zwischen Generator-Bremse der E-Maschine und konventioneller Radbremse („Blending“), verbunden mit einem gut definierten und konstant gleichen Druckpunkt im Bremspedal.

Geladen werden die PHEV-Modelle an einem 400-Volt-Drehstromanschluss mit bis zu 7,4 kW. Das Aufladen dauert dann 2,5 Stunden. Diese Ladedauer ist ideal für das typische Nutzungsverhalten von PHEV-Kunden: Damit ist das unkomplizierte und schnelle Aufladen des Fahrzeugs ein- bis zweimal am Tag, entweder zu Hause oder zusätzlich am Arbeitsplatz, möglich. An einer 230-Volt-Haushaltssteckdose dauert eine Vollladung circa 6,5 Stunden.

Eine hohe Alltagstauglichkeit stellt Audi bei den PHEV-Modellen mittels eines guten Platzangebotes sowie einer hohen Variabilität und Nutzbarkeit sicher. Die Batterien sind kompakt – ohne große Platzeinbußen und ohne Stufe – unterhalb des Kofferraumbodens verbaut. Für alle PHEV-Modelle, mit Ausnahme des Audi A8, ist der Betrieb mit Anhängevorrichtung weiterhin möglich.

Audi bietet sowohl in der Kompakt- als auch in der Oberklasse Plug-in-Hybrid-Modelle an. In den Mittel- und Oberklasse-Modellen A6, A7, A8, Q5 und Q7 erfolgt die Kraftübertragung über alle vier Räder – das Ergebnis sind maximale Traktion auch bei schlechten Fahrbahn- und Wetterbedingungen sowie eine hohe Agilität bei sportlicher Fahrweise.

Das Batteriesystem besteht aus flüssigkeitsgekühlten Lithium-Ionen-Zellen, die ebenfalls in den Kühlkreislauf integrierte Leistungselektronik wandelt den Gleichstrom der Hochvolt-Batterie in Drehstrom für die E-Maschine um, beim Rekuperieren macht sie das Gegenteil. Die Audi Mittel- und Oberklasse-PHEV-Modelle verfügen mit Ausnahme des Q7 über ein aufwendiges Thermomanagement, das sowohl den Hochtemperatur-Kreislauf für den Verbrennungsmotor samt Getriebe und Nebenaggregaten als auch den Niedertemperatur-Kreislauf für Batterie, Ladegerät, E-Maschine und Leistungselektronik steuert. In das Thermomanagement ist eine Wärmepumpe integriert, darin wird elektrische Energie in Wärmeleistung umgewandelt. Die Wärmepumpe ist mit dem Kältemittelkreis der Klimaanlage gekoppelt und nutzt die Abwärme der Hochvolt-Komponenten für eine schnelle und effiziente Temperierung des Innenraums.

Der quattro mit ultra-Technologie vereint Fahrdynamik und Sicherheit mit hoher Effizienz. Möglich wird das durch das Zusammenspiel der neu entwickelten Allradkomponenten mit einer ausgeklügelten Betriebsstrategie und einer perfekt auf das Auto abgestimmten Momentenverteilung. Der optimierte Allradantrieb schaltet sich nur zu, wenn er benötigt wird. Gleichzeitig lässt er bei Traktion und Fahrdynamik keinen Unterschied zu permanenten Systemen spüren.

Fährt das Auto mit moderater Gangart, nutzt der quattro mit ultra-Technologie alle Vorteile des Frontantriebs. Der Allradantrieb bleibt jedoch permanent verfügbar und steht sofort bereit, wenn er benötigt wird. Die Steuerung des quattro-Antriebsstrangs ist rundum vernetzt. Sie erfasst und bewertet im Takt von zehn Millisekunden Daten wie den Lenkwinkel, die Quer- und Längsbeschleunigung sowie das Motormoment.

Das Zuschalten des Allradantriebs erfolgt in der Regel prädiktiv, also vorausschauend. Hierzu ermittelt das Steuergerät beispielsweise bei schneller Kurvenfahrt den Punkt, an dem das kurveninnere Vorderrad die Haftgrenze erreichen wird. Dabei rechnet es etwa eine halbe Sekunde voraus. Kurz bevor das Rad die errechnete Haftgrenze erreicht, wird der Allradantrieb aktiviert. Beim reaktiven Zuschalten, das in der Praxis selten vorkommt, reagiert das System auf plötzliche Reibwertveränderungen. Sie treten beispielsweise auf, wenn die Räder von trockenem Asphalt auf eine Eisplatte geraten. Durch die sehr kurzen Zuschaltzeiten ist selbst in diesen Extremsituationen die volle quattro-Performance gewährleistet.

Im Vergleich zum Wettbewerb erzielt der quattro mit ultra-Technologie durch das Konzept der beiden Kupplungen im Antriebsstrang einen entscheidenden Effizienzgewinn. Wenn das System in den Frontantrieb wechselt, koppelt die vordere, eine Lamellenkupplung am Ausgang des Getriebes, die Kardanwelle ab. Im Hinterachsgetriebe öffnet zugleich eine Trennkupplung. Sie legt die rotierenden Bauteile still, die hier die meisten Schleppverluste verursachen, etwa das im Ölbad laufende Tellerrad. Trotz der Zusatzkomponenten ist der quattro mit ultra-Technologie fast vier Kilogramm leichter als das bisherige System.

Der quattro mit ultra-Technologie ist für zahlreiche Modelle von Audi mit längs eingebautem Frontmotor konzipiert. Das System kommt in Kombination mit manuellem Getriebe beziehungsweise dem Doppelkupplungsgetriebe S tronic bis 500 Newtonmeter Drehmoment zum Einsatz.

Rekuperation ist die Nutzung der Bewegungsenergie beim Verzögern. Ein elektrischer Antriebsmotor im Auto wird zum Generator, wenn er geschoben wird und sich der Rotor schneller dreht als das Drehfeld des Stators. Zu unterscheiden ist zwischen der Schubrekuperation, die einsetzt, wenn der Fuß des Fahrers das rechte Pedal freigibt, und der Bremsrekuperation, wenn der Fahrer das Bremspedal tritt. Die Schubrekuperation kann automatisch über den prädiktiven Effizienzassistenten erfolgen. Er regelt die bedarfsgerechte Verzögerung vorausschauend, etwa auf den Streckenverlauf oder auf vorausfahrende Fahrzeuge. Alternativ regelt der Fahrer den Grad der Verzögerung manuell über die Schaltwippen am Lenkrad. In Schub- und Bremsphasen wandelt der Generator die kinetische in elektrische Energie um und speist sie in die Batterie ein. Der Audi e-tron erzielt insgesamt bis zu 30 Prozent seiner Reichweite durch Rekuperation. 

Mit der Einführung der TFSI-Technologie entwickelte sich das Downsizing – eine ständige Reduzierung des Hubvolumens bei gleichzeitiger Erhöhung der Leistungsdichte – zum Mainstream in der Motorenentwicklung. Damit konnten beachtliche Verbrauchseinsparungen erzielt werden. Rightsizing führt das konventionelle Downsizing fort, indem durch die Auslegung des Brennverfahrens und die Wahl des Hubvolumens zusätzliche Verbrauchsvorteile im volllastnahen Bereich ermöglicht werden. Dafür kommen innovative Technologien zum Einsatz wie das Audi valvelift system (AVS), der in den Zylinderkopf integrierte Abgaskrümmer und der Turbolader mit elektrischem Wastegate-Steller. Sie ermöglichen es, die Motoren so auszulegen, dass Hubraum, Leistung, Drehmoment und Verbrauch für die geforderten Einsatzbedingungen optimal zueinander passen. Auch das System cylinder on demand (COD) ist ein Beispiel dafür. Es legt im Teillastbereich vier beziehungsweise zwei Zylinder still. Diese Lösung ist eine Variante der Rightsizing-Strategie. Ihr Ziel ist es, den Hubraum und die Aufladung ins jeweils richtige Verhältnis zu bringen.